При действии системы сил, сдвигающих детали в стыке

Приложенную консольно силу Q заменяют силой, приложенной к центру тяжести сечения стыка, и моментом Т= QL. Они стремятся сдвинуть и повернуть кронштейн.

Полагают, что сила Q, приложенная к центру тяжести стыка, распределяется между болтами равномерно:

 

где z — число болтов.

Реакции Q₀ направлены параллельно Q, но в противоположную сторону.
Наиболее нагруженным от момента T болтом будет наиболее удаленный от центра тяжести стыка:

 

где r— расстояние болтов от центра тяжести стыка; i =1, 2, 3,..,z. Здесь z — порядковый номер болта.

Реакции Q_Ti перпендикулярны радиусам r_i и направлены в противоположную сторону от момента Т. Суммарная нагрузка каждого болта Q_i равна геометрической сумме соответствующих сил Q_0i и Q_Ti для первого болта Q₁).
За расчетную принимают наибольшую из суммарных нагрузок, что зависит как от модуля, так и от направления суммируемых сил.
В рассматриваемой схеме крепления кронштейна наиболее нагруженные болты 1-й и 3-й (реакции Q₀₁ и Q_Ti, Q₀₃ и Q_T3 близки между собой по направлению) или 2-й (направления Q₀₂ и Q_T2 совпадают).
Крепление кронштейна может осуществляться болтами, установленными с зазором или без зазора. В первом случае внешние нагрузки воспринимаются силами трения в стыке, а во втором непосредственно сопряжениями болтов с отверстиями кронштейна.

14. Клеммовые соединения, назначение, конструкции, основы расчета.

Клеммовое соединение (от нем. Klemme — зажим) — соединение валов и осей со ступицей, имеющей один или 2 продольных разреза, которая стягивается одним или несколькими винтами или болтами с гайками.

Соединения применяются для передачи крутящего момента или осевой силы на вал или на ось со стороны ступицы или наоборот.

Соединение обеспечивается силами трения, действующими между поверхностями вала и отверстия детали.

Достоинства

• относительная простота конструкции, простота сборки или монтажа, возможность передачи большого крутящего момента или осевой силы.
• В отличие от шпоночного и зубчатого соединений, может служить также для крепления частей механизма под произвольным углом, а не только соосно, а также крепить деталь к валу в произвольном месте его длины.

Недостатки

• затруднена точная установка ступицы относительно вала.
• предельная осевая сила и крутящий момент ограничены силами трения сцепления.

· Клеммовые соединения применяют для закрепления деталей на валах и осях, цилиндрических колоннах, кронштейнах и т. д. По конструктивным признакам различают два основных типа клеммовых соединений: а) со ступицей, имеющей прорезь б) с разъемной ступицей. Разъемная ступица несколько увеличивает массу и стоимость соединения, но при этом становится возможным устанавливать клемму в любой части вала независимо от формы соседних участков и других, расположенных на валу деталей.
При соединении деталей с помощью клемм используют силы трения, которые возникают от затяжки болтов. Эти силы трения позволяют нагружать соединение как моментом (T=Fl), так и осевой силой Fa. Ранее отмечалось, что передача нагрузки только силами трения недостаточно надежна. Поэтому не рекомендуют применять клеммовые соединения для передачи больших нагрузок. Достоинства клеммового соединения: простота монтажа и демонтажа, самопредохранение от перегрузки, а также возможность перестановки и регулировки взаимного расположения деталей, как в осевом, так и в окружном направлениях (регулировка положения рычагов и тяг в механизмах управления и т. п.).

P=2Fзат/db; Fa<=Fтр; Fтр=Пdbpf; Fa<=Пdbpf/S; S=1,2…1,5; Fa<=2ПFзатf/2.
Fзат=FaS/2Пf; σэкв=1,3Fзат/Пd²₁/4<=[σ]; d₁=>корень квадратный из 5,2FaS/2Пf[σ].

15. Выбор конструкции соединения «вал-ступица». Расчет призматической шпонки и шлицов.

Конструкцию червячного колеса выполняем, насаживая брозовый венец на чугунный центр с натягом. Для сопряжения зубчатого колеса с валом выбрана переходная посадка. Критерием при расчёте является статическая прочность на смятие и срез. Расчёт производится по напряжениям смятия и среза.

где - нормальное напряжение смятия, МПа; - сила, действующая на шпонку, Н; - площадь смятия, мм², - допускаемое напряжение смятия.

где - касательное напряжение среза, МПа; - площадь среза, мм²; - допускаемое напряжение среза, МПа. Допускаемое напряжение среза [1]:

 Допускаемые напряжения при переходных посадках [σ_см] = 80...150 МПа

 Рис. 3 Схема шпоночного соединения

где - рабочая длина шпонки, мм; - полная длина шпонки, мм; - высота шпонки, мм.

Сила, действующая на шпонку

Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к ступице детали (зубчатого колеса, шкива и т. п.) или, наоборот, от ступицы к валу. В отдельных случаях кроме передачи крутящего момента шпонки фиксируют насаженные на вал ступицы в осевом направлении.  Поперечные размеры призматических шпонок стандартизованы для различных диаметров валов. В поперечном сечении призматические шпонки имеют форму прямоугольника с отношением высоты к ширине h/b = 1:1…1:2. В зависимости от диаметра вала ширина шпонки (в номинальном значении равная ширине пазов вала и ступицы) b » (0,2…0,3) ×d, где d - диаметр вала, причём, чем больше диаметр вала, тем меньше отношение b/d. Глубина шпоночного паза на валу обычно составляет t₁=0,6 ×h, а глубина паза ступицы - t₂=0,5 ×h, таким образом, радиальный зазор между дном паза ступицы и верхней гранью шпонки с=0,1 ×h. Шпонка в паз вала устанавливается в большинстве случаев по более плотной посадке по сравнению с пазом ступицы. Соединение цилиндрической шпонкой.
Цилиндрические шпонки по условиям изготовления и сборки соединения применяют на концевых участках валов (рис. 14.4). Шпонку в этом случае устанавливают с некоторым натягом. Гнездо под установку цилиндрической шпонки засверливают и развёртывают в соединяемых деталях совместно. Такая технология изготовления соединения требует, чтобы материалы вала и ступицы не сильно отличались по показателям прочности и твёрдости, с одной стороны, а с другой неудобна к применению в массовом производстве, поскольку не обеспечивает условий взаимозаменяемости. По этой причине в массовом производстве цилиндрические шпонки почти не применяются.

Цилиндрическая шпонка, выдерживающая в процессе работы соединения напряжения смятия, имеет, как правило, достаточную прочность и на срез. Поэтому подбор диаметра шпонки производят по напряжениям смятия

; (14.5)

где T – передаваемый крутящий момент; а геометрические параметры соединения, входящие в формулу представлены на рис. 14.4. Шлицевые
соединения.
Шлицевое (зубчатое, пазовое) соединение – подвижное или неподвижное соединение двух соосных деталей, имеющих равномерно расположенные пазы и выступы (выступы одной детали входят в пазы другой).

Рис. 14.7. Шлицевое соединение: а) прямобочными шлицами; б) эвольвентными шлицами; в) треугольными шлицами; 1 – вал, 2 – ступица.
Шлицевое соединение (рис. 14.7) конструктивно включает всего две детали: вал, несущий на своей цилиндрической поверхности продольные выступы определённой формы – шлицы, и ступицу, в отверстии которой выполнены продольные пазы, соответствующие по конфигурации шлицам вала. Преимущества шлицевого соединения:

1. 
   высокая нагрузочная способность;
2. 
   меньшая концентрация напряжений в материале вала и ступицы;
3. 
   лучшее центрирование соединяемых деталей и более точное на­правление при осевых перемещениях;
4. 
   высокая надёжность при динамических и реверсивных нагрузках;
5. 
   минимальное число деталей, участвующих в соединении.

Недостатком шлицевого соединения является относительно высокая стоимость и трудоёмкость изготовления. Типы и центрирование зубчатых соединений:
прямобочные - а) по боковым поверхностям b; б) по наружному диаметру D; в) по внутреннему диаметру d;
эвольвентные – г) по боковым поверхностям; д) по наружному диаметру;
треугольные - е) центрируются только по боковым поверхностям.
Центрирование вала и ступицы в шлицевых соединениях может выполняться тремя способами:

1. 
   по боковым поверхностям шлицов;
2. 
   по внешнему (наружному) диаметру (диаметру вершин шлицов);
3. 
   по внутреннему диаметру (по дну впадин между шлицами).

 Расчёт шлицевых соединений. Основными критериями работоспособности шлицевых соединений является сопротивление боковых поверхностей зубьев изнашиванию и смятию. Неподвижные шлицевые соединения рассчитывают только на смятие (при отсутствии осевых и опрокидывающих нагрузок).

Расчёт на смятие производится по формуле:

; (14.7)

где s_см и [ s]_см – действующие и допускаемые напряжения для детали, изготовленной из наиболее слабого материала; T момент, передаваемый соединением; d_ср – средний диаметр соединения; z – число зубьев в соединении; h и l – высота и длина контактной поверхности зубьев; y - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давления по длине контактной поверхности зуба (0,7 £ y £ 0,8).

высота контактной поверхности зуба h и средний диаметр соединения d_ср для разных типов соединений составляют:

для соединений с прямобочными шлицами

, ;

где f – величина фаски зуба;

16. Конструкция цилиндрических соединений с натягом и расчет усилия запрессовки.

Из соединений деталей, выполняемых с натягом, наиболее распространены цилиндрические т. е. такие, в которых одна деталь охватывает другую по цилиндрической поверхности. Примеры: соединение бандажа с центром колеса и центра колеса с осью железнодорожного вагона, соединение зубчатого червячного венца или зубчатого колеса с его центром и т. п.

Необходимый натяг осуществляется изготовлением соединяемых деталей с требуемой разностью их посадочных размеров. Взаимная неподвижность соединяемых деталей обеспечивается силами трения, возникающими на поверхности контакта деталей.

Достоинства цилиндрических соединений с натягом:

• простота конструкции,
• хорошее центрирование соединяемых деталей,
• возможность восприятия больших нагрузок и хорошее восприятие динамических нагрузок.

Хотя соединения деталей с натягом обычно относят к неразъемным, однако цилиндрические соединения допускают разборку (распрессовку) и сборку (запрессовку) деталей. Недостатки цилиндрических соединений с натягом:

• сложность сборки и разборки соединений,
• возможность уменьшения натяга соединяемых деталей и повреждения их посадочных поверхностей при сборке (запрессовке),
• требование пониженной шероховатости посадочных поверхностей и повышенной точности изготовления.

· Надежность соединения с натягом в основном зависит от размера натяга, который принимается в соответствии с выбранной посадкой, установленной стандартной системой допусков и посадок.

·

· Рис. 1

· По способу сборки различают цилиндрические соединения с натягом, собираемые запрессовкой и с нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой детали. Надежность соединения, собираемого с нагревом или охлаждением, примерно в 1,5 раза выше, чем у соединения, собираемого запрессовкой, так как при запрессовке неровности контактных поверхностей деталей частично срезаются и сглаживаются, что ослабляет прочность соединения. Значение натяга и соответственно вид посадки соединения с натягом определяются в зависимости от требуемого давления на посадочной поверхности соединяемых деталей. Давление р должно быть таким, чтобы силы трения, возникающие на посадочной поверхности соединения, полностью противодействовали внешним силам, действующим на детали соединения.(Fзап>Fтр)

·

· Рис. 2

· Взаимная неподвижность деталей цилиндрического соединения обеспечивается соблюдением следующим условий: при нагружении соединения осевой силой F (рис. 1) должно быть

·

·
откуда требуемое давление на поверхности контакта

·

·
при нагружении соединения крутящим моментом Т (рис. 2) необходимо, чтобы

·

·
откуда

·

·
при нагружении соединения одновременно осевой силой F и крутящим моментом Т (рис. 3) должно быть

·

·
откуда

·

·

· Где: f - коэффициент трения;
d и l - диаметр и длина посадочной поверхности.

·

· Рис. 3

Расчетный натяг

Расчетный натяг цилиндрического соединения N^p (рис. 4) связан с посадочным давлением р следующей зависимостью, вытекаю щей из формулы Ляме, вывод которой приведен в курсе сопротивления материалов:

где

и

 

Здесь:
d - посадочный диаметр:
d₁ - диаметр отверстия охватываемой детали (для вала сплошного сечения d₁=0);
d₂ - наружный диаметр охватывающей детали;
E₁ и Е₂ - модули упругости материалов охватываемой и охватывающей деталей;
μ₁ и μ₂ — коэффициенты Пуассона материалов охватываемой и охватывающей деталей (для стали μ ≈ 0,3; для чугуна μ ≈ 0,25; для бронзы μ ≈ 0,35).

17. Конструкция и расчет сварного соединения стыковым швом.

Сварные соединения

Сварка — это технологический процесс получения неразъемного со­единения металлических или неметаллических деталей с применением нагрева (до пластического или расплавленного состояния), выполненного таким обра­зом, чтобы место соединения по механическим свойствам и своему составу по возможности не отличалось от основного материала детали.

Сварным соединением называют неразъемное соединение деталей с помощью сварных швов. Если в заклепочном соединении соединяющим эле­ментом является заклепка, то в сварных - расплавленный металл, создаю­щий при остывании неразъемное соединение, то есть такое, которые не может быть разобрано без повреждения дета­лей. Сварные соединения лучше других приближают составные детали к целым и позволяют изготавливать детали неограниченных размеров. Прочность сварных соединений при статических и ударных нагрузках доведена до прочности деталей из целого металла. Достоинства:

  - простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость в изго­товлении, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки.

   - значительное снижение массы конструкции при тех же габаритах. При замене заклепочных соединении сварными экономия в весе получается за счет отказа от применения различных накладок, необходимых в заклепочных соединениях, а также части веса са­мих заклепок; при замене литых деталей сварными конструкциями вес их уменьшается за счет более высоких механических свойств прокатного металла.

- возможность соединения деталей любых форм;

- герметичность и плотность соединения;

- бесшумность технологического процесса сварки;

- возможность автоматизации сварочного процесса;

- сварное соединение дешевле заклепочного.

   - соединение деталей может выполняться встык без накладок.

   - возможность сварки толстых профилей.

Недостатки:

- возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах;

- коробление деталей из-за неравномерного нагрева в процессе сварки;

   - зависимость качества шва от исполнителя и труд­ность контроля; применение автоматической сварки устраняет этот недостаток.

 - склонность к образованию трещин в местах перехо­да от шва к цельному металлу вследствие термических напряже­ний, возникающих при остывании.

Область применения. В настоящее время сварные соединения поч­ти полностью вытеснили заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих дав­ление (резервуары, котлы); для изготовления турбин, до­менных печей, мостов, химической аппаратуры; с помо­щью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса (рис.2), шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д. Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле.

 

Классификация.

Сварные швы классифицируют по следующим признакам:

- по назначению — прочные (обеспечивают передачу нагрузки с одно­го элемента на другой); прочно-плотные (обеспечивают передачу на­грузки герметичность соединения — непроницаемость для жидкостей и газов);

- по расположению сварного шва в пространстве (рис. 3) — нижнее (а); вертикальное (в), горизонтальное (б); потолочное (г). При всех прочих равных условиях нижний шов самый прочный, потолоч­ный — наименее прочный

 По взаимному расположению свариваемых элементов различают сле­дующие виды соединений

- стыковые (рис.4);

- нахлесточные, ло­бовые (рис. 5, а); фланговые (рис. 5, б);

- с накладками (рис. 6);

   - тав­ровые (рис. 7, а, б). Свариваемые элементы располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение может быть выполнено угловыми (рис.7, а) или стыковыми (рис. 7, б) швами.

- угловые (рис. 7 в, г). Применяются для изготовления тары из листовой стали, ограждений и др. Выполняются угловыми швами. Эти соединения передают малые нагрузки и поэтому не рассчитываются на прочность.

 

Рис.4. Стыковое соединение

 

Рис. 5. Нахлесточное соединение: а — соединение лобовыми швами;

б — соединение фланговыми швами

 

Рис. 6. Соединения с накладками

 

Рис. 7. Соединения тавровые и угловые

Стыковые соединения выполняют так называемыми стыковыми шва­ми, а остальные — угловыми.

Конструкции стыковых швов.

Стыковые швы имеют преимущественное распространение вследствие простоты конструкции. В зависимости от толщины свариваемых деталей и обработки кромок стыковые швы делят на следующие типы:

- шов с отбортовкой кромок (рис. 8, а) — рекомендуется для тонко­листовых материалов (8 < 2 мм); одна или две кромки деталей отбортовываются;

- односторонний без скоса кромок (рис. 8, б) — шов сваривается без обработки кромок листов при их толщине 8 < 8 мм;

- односторонний со скосом одной кромки (рис. 8, в) — обрабатыва­ется только одна кромка деталей толщиной 8 < 12 мм;

- односторонний со скосом двух кромок (рис. 8, г) — применяется при толщине деталей 8 < 25 мм;

- двусторонний с двумя симметричными скосами одной кромки (рис. 8, д) — кромки обрабатываются у одной детали с двух сто­рон, толщиной 8 до 40 мм;

- двусторонний с двумя симметричными скосами двух кромок (рис. 8, е) — толщина свариваемых деталей 8 >> 60 мм.

 

Рис. 8. Соединения стыковые: а — с отбортовкой;

б — без скоса кромок; в, г, д, е — швы со скосом кромок

 

Стыковые швы, показанные на рис.9, а, называют прямыми, на рис.9, б — косыми. Косые стыковые швы применяют для увеличения рабочей длины шва.

Рис.9. Стыковые швы: а — прямой; б — косой

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: